Розробка проекту привода тістомесильной машини
ЗАТВЕРДЖЕНО
Наказ Міністерства освіти і науки,
молоді та спорту України
29 березня 2012 року № 384
Форма № Н-6.01
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ЕКОНОМІКИ І ТОРГІВЛІ
імені МИХАЙЛА ТУГАН-БАРАНОВСЬКОГО
КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОІНЖЕНЕРНИХ ДИСЦИПЛІН
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з ПРИКЛАДНОЇ МЕХАНІКИ
(назва дисципліни)
на тему:_____ Розробка проекту привода тістомесильной машини ________
Студента (ки) 3 курсу зТРГ-14-С1 групи
напряму підготовки 6.051701
«Харчові технології та інженерія»
спеціалізація "Технологія в ресторанному господарстві"
ПІБ СТУДЕНТА
Керівник доц., канд.техн.наук
Національна шкала ________________
Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____
м. Кривий Ріг - 2015 рік
- Дата видачи задания 25 ноября 2014 г.
План
- Техническое задание
- Введение.
- Классификация тестомесильных машин.
- Описание разрабатываемой машины.
- Расчётная часть: кинематический расчёт привода тестомесильной машины.
4. Расчёт зубчатой цилиндрической передачи.
5. Расчёт цепной передачи.
6. Проектные расчёты валов.
7. Выбор типа подшипников.
8. Расчёт муфт.
9. Эскизное проектирование.
- Приложения
- Список использованых источников
Схема привода машины и номер заданой детали машины для вычерчивания.
Условные обозначения на схеме:
1 – редуктор зубчатый одноступенчатый с косозубым зацеплением;
4 – передача цепная закрытая;
6 – муфта упругая втулочно – пальцевая;
7 – электродвигатель.
Введение
Хлебопекарная промышленность является одной из наиболее материалоемких отраслей. Так удельный вес сырья в структуре себестоимости товарной продукции составляет около 85 %. На снижение материалоемкости изделий сказывается сокращение потерь сырья. Поэтому большое внимание должно уделяться совершенствованию технологического процесса, созданию и внедрению прогрессивных технологических схем, основанных на широком применении улучшителей, обогатителей и др.
Другой немаловажной проблемой хлебопекарной отрасли является повышение качества хлебобулочных изделий. Качество продукции хлебопекарного производства на прямую связано с качеством сельскохозяйственной продукции – зерна. За последние годы качество зерна, его вкусовые характеристики, пищевая ценность неустанно ухудшались. В сложившейся ситуации инженерно-техническому персоналу конкретных пищевых предприятий приходится искать оптимальные варианты обработки разнообразного по качеству сырья. Это в первую очередь связано с реконструкцией и модернизацией существующего оборудования.
Тестомесильные машины в зависимости от рецептурного состава и особенностей ассортимента должны оказывать различное воздействие на тесто и последующее его созревание. От работы тестомесильных машин зависит в итоге качество готовой продукции. Конструкция тестомесильной машины во многом определяется свойствами замешиваемого сырья, например эластично-упругое тесто требует более интенсивного проминания, чем пластичное.
Специфика процессов перемешивания рецептурных смесей и полуфабрикатов в хлебопекарном производстве обусловлена как свойствами сыпучего компонента — муки, так и жидкими компонентами, содержащими микроорганизмы (дрожжи, молочнокислые бактерии и др.) и активные ферменты. В работе представлены отечественные и зарубежные тестомесильные машины. Изложены сведения о принципах действия и конструктивных особенностях. Приведены классификационные матрицы функциональных схем тестомесильных машин.
- Классификация тестомесильных машин
Для замеса теста применяются различные типы машин, которые в зависимости от вида муки, рецептурного состава и особенностей ассортимента оказывают различное механическое воздействие на тесто. Качество работы тестомесильных машин определяют качеством готовой продукции.
Замес густой опары и теста обычно осуществляется однотипными месильными машинами; замес жидких опар, питательных смесей для жидких дрожжей — специальными смесителями. Для получения высококачественного теста замес необходимо осуществлять при оптимальных интенсивности, длительности, температуре и частоте воздействия месильной лопасти.
По роду работы тестомесильные машины делятся на машины периодического и непрерывного действия. Первые имеют стационарные месильные емкости (дежи) и сменные (подкатные дежи). Дежи бывают неподвижными, со свободным и принудительным вращением. Все машины непрерывного действия имеют стационарные рабочие камеры.
По интенсивности воздействия рабочего органа на обрабатываемую массу тестомесильные машины делятся па три группы:
- обычные тихоходные — рабочий
процесс не сопровождается
- быстроходные (машины для интенсивного
замеса теста) - рабочий процесс
не сопровождается заметным
- супербыстроходные (суперинтенсивные) машины, замес сопровождается нагревом теста на 10—20 °С и требует устройства водяного охлаждения корпуса месильной камеры либо предварительного охлаждения воды, испольуемой для теста, на замес расходуется 30—45 Дж/г.
Величина удельной работы здесь не имеет строго разделенного ряда, поскольку она на одной и той же машине может меняться в зависимости от длительности замеса, определяемой качеством муки.
В зависимости от расположения оси месильного органа различают машины с горизонтальной, наклонной и вертикальной осями.
По характеру движения месильного органа есть машины с круговым, вращательным, планетарным, сложным плоским и пространственным движением месильного органа.
В зависимости от механизма воздействия на процесс перемешивания различают машины с обычным механическим воздействием, вибрационным, ультразвуковым, электровихревым и др.
По виду приготавливаемых смесей разделяют машины для замеса густых опар и теста при влажности 30—52% и для приготовления жидких опар и питательных смесей при влажности 60—70 %.
По количеству конструктивно выделенных месильных камер, обеспечивающих необходимые параметры па разных стадиях замеса, различают одно-, двух- и трехкамерные тестомесильные машины.
В зависимости от системы управления тестомесильные машины бывают с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.
1.2 Функциональные схемы тестомесильных машин периодического и непрерывного действия
Особенностью работы тестомесильных машин периодического действия с подкатными дежами является то, что перед замесом в дежу загружается определенная порция компонентов, дежу подкатывают и фиксируют на фундаментной площадке тестомесильной машины. После замеса дежу с тестом откатывают в камеру брожения, где оно созревает в течение нескольких часов. К месильной машине в это время подкатывают следующую дежу и цикл повторяется.
Рис. 1. Функциональные схемы тестомесильных машин периодического действия с подкатными дежами
В 1-м ряду даны схемы тестомесильных машин с наклонной осью вращения месильной лопасти и вертикальной осью вращения месильной емкости.
1-а) — тестомесильные машины с поступательным круговым движением наклонной месильной лопасти. Предназначены для замеса ржаного и пшеничного теста. Месильная лопасть выполнена в виде изогнутого рычага, опирающегося па шаровую опору. Приводной конец рычага совершает круговое движение, все точки месильной лопасти при работе описывают окружности. К этой группе относятся тихоходные месильные машины «Стандарт», ТММ-1М, Т1-ХТ2А и др.
Во 2-м ряду изображены схемы тестомесильных машин со сложным плоским и пространственным движением месильной лопасти. Дежи в обоих случаях имеют привод. Конструкции обеих машин устарели, в свое время обеспечивали высокое качество замеса.
2-а) тестомесильные машины с месильной лопастью, рабочим конец которой совершает криволинейное плоское движение. К ним относятся громоздкие тихоходные устаревшие машины ХТШ и др.
В 3-м ряду показаны схемы тестомесильных машин с вертикальной осью вращения месильной лопасти, смещенной от центра дежи.
3-а) — тестомесильные машины с вращающейся дежой и спиральной месильной лопастью, смещенной от центра дежи.
В 4-м ряду показаны схемы высокоинтеисивных тестомесильных машин с неподвижными дежами и вертикальными месильными валами с радиальными лопастями.
4-а) — тестомесильные машины с одним или двумя тонкими стержнями на месильном валу. Такие машины очень интенсифицируют замес, чрезмерно перегревают тесто и требуют большого расхода энергии. В ЧССР эти машины выпускают под индексом VPT, в ГДР — IMK-150, «Момент» (СССР), фирмы «Штефана» (ФРГ).
Отличительной особенностью этих машин является механическая разгрузка месильной емкости от теста путем наклона или поворота на угол, достаточный для саморазгрузки. Машины со стационарными дежами есть
тихоходные и скоростные.
Рис. 2. Функциональные схемы тестомесильных машин периодического действия со стационарными дежами
Тестомесильные машины непрерывного действия сравнительно новые. Первые их образцы были внедрены в промышленность 40 лет назад. Из-за многостадийности процесса замеса хлебного теста большинство
тестомесильных машин имеют несколько камер с применением различных типов месильных органов. В одной тестомесильной машине применяются рабочие органы, относящиеся к различным типам смесителей. Все машины имеют месильные камеры цилиндрической формы или ее элементы.
Рис. 3. Функциональные схемы тестомесильных машин непрерывного
действия.
В 8-м ряду показаны схемы одновальных горизонтальных машин, расположенных в порядке возрастания интенсивности замеса.
8-а) — одновальная однокамерная тестомесильная машина простейшей конструкции, частота вращения 0,8 с-1 не обеспечивают качественного замеса. По такой схеме создавали первые тестомесильные машины Х-12.
8-b)— двухкамерная тестомесильная машина с горизонтальным валом, на котором в первой камере размещены по винтовой направляющей трапецеидальные плоские лопасти, установленные с наклоном, во второй — винтовой шнек, заключенный в цилиндрический корпус. К этой группе относятся тестомесильные машины системы А. М. Хренова и другие.
В 9-м ряду матрицы представлены схемы двухвальных тестомесильных машин с более интенсивным замесом: 9-е и 9-с — однокамерные, 9-а и 9-d — двухкамерные.
9-а) — двухкамерная тестомесильная машина с горизонтальной осью вращении, на которой в цилиндрической камере смешивания размещен шнек с независимым приводом. Машина обеспечивает высокоинтенсивный замес и независимое его регулирование; тестомесильная машина «Контипуа» (ФРГ).
9-b)— однокамерная тестомесильная машина с двумя горизонтальными валами, на которых закреплены Т-образные лопасти. Машина имеет многоскоростной привод, ее конструкция позволяет повысить интенсивность замеса; тестомесильные машины Х-26 и И8-ХТА-12/1.
- Описание разрабатываемой машины. Тестомесильная машина И8-ХТА-12/1
Рис. 4. Тестомесильная машина И8-ХТА-12/1:
1 — патрубок подачи муки; 2 — дозатор муки; 3 — месильные валы; 4 — крышка; 5 — месильная лопасть; 6 — месильное корыто; 7 — станина; 8 — подшипник; 9 — выпускной патрубок
Однокамерная тестомесильная машина с двумя параллельными валами и Т-образными месильными лопастями, размещенными в смежных полуцилиндрических камерах так, что лопасти одного вала заходят в пространство между лопастями другого. Выпускается серийно, ею комплектуют бункерные тестоприготовительные агрегаты И8-ХТА-12. В этих машинах оказывается более интенсивное воздействие на тесто при замесе по сравнению с одновальными. Применяется в основном для замеса пшеничного и ржаного теста.
На станине расположено месильное корыто, состоящее из двух полуцилиндрических желобов. В нем установлены два месильных вала в подшипниках. На концах валов закреплены две прямозубые шестерни, обеспечивающие вращение валов в разные стороны. К ним подсоединена приводная шестерня. Внутри корыта имеются перегородки, сзади — патрубок для подачи опары и жидких компонентов, сверху — патрубок для подключения дозатора муки и две крышки с электроблокирующим устройством. Выпуск теста осуществляется через патрубок. На каждом валу закреплено по одиннадцать месильных лопастей, которые устанавливают под разными углами.
Принцип работы
Рис. 5. Тестомесильная машина И8-ХТА-12/1
В питателе (15) (рис. 5) датчиками (16) и (17) поддерживается необходимый уровень муки. За один оборот вала (4) штанга проворачивает с помощью храпового механизма (18) турникет (19) с карманами для муки. При этом в корыто (1) подается доза муки на замес. Через трубу (14) в корыто подаются жидкие компоненты. Тесто, замешиваясь месильным валом, передвигается вдоль корыта лопатками, установленными под углом к оси вала. Через раструб (2) замешанное тесто подается в следующую машину по технологическому циклу. Для установки и фиксации лопатки (5) в требуемом положении в зависимости от интенсивности замеса вращением контргайки (24) и гайки (23) освобождают стержень лопатки. Провернув и установив необходимый угол между осью месильного вала и касательной к поверхности лопатки, втулку (21) устанавливают торцовой криволинейной поверхностью на вал (4), а стержень лопатки (5) коническим поясом садят в коническое отверстие втулки, при этом затягивают гайку (23) и контргайку (24).
Машина имеет двухскоростной привод или вариатор скорости, с помощью которого можно изменять частоту вращения месильных валов. Однако в машине не соблюдается основной принцип замеса — необходимость поддержания различной частоты, интенсивности и длительности воздействия рабочих органов па разных стадиях замеса. Машина неудобна в обслуживании, не приспособлена к автоматическому управлению.
Рис. 6. Кинематическая схема тестомесильной
машины И8-ХТА-12/1:
1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3, 4, 5, 6 — цилиндрические зубчатые колеса; 7— храповой механизм; 8 — ворошитель; 9 — дозировочный турникет; 10 — месильная емкость; 11 —месильные валы
С целью регулирования интенсивности замеса, а также производительности машины угол между осью месильного вала и касательной к поверхности лопасти можно изменять при помощи гаек (6) (рис. 7). После установки вручную необходимого угла лопасть фиксируют с помощью втулки (7). Втулка имеет коническое отверстие с одной стороны, совпадающее с криволинейной поверхностью вала. После установки лопасти
гайки затягивают.
В торцевых стенках емкости имеются уплотнения. Уплотняющими элементами являются торцевые поверхности скребка (5) и кольца (4), которое поджимается к поверхности скребка прижимной гайкой (2) через резиновое демпфирующее кольцо (12). Прижимная гайка фиксируется винтом (3).
Регулирование количества подаваемой муки осуществляется изменением угла поворота дозировочного барабана. Для контрольного отбора муки в боковой части корпуса машины имеется окно, которое закрывается откидной крышкой.
После установки машины необходимо смазать все трущиеся поверхности и залить в редуктор масло до контрольной риски. При подключении электродвигателя необходимо проверить направление вращения месильных органов. Затем машину кратковременно прокручивают и в случае ее нормальной работы ставят на обкатку без нагрузки в течение 2—3 ч. Перед пуском необходимо проверить работу автоблокировки.
3. Расчетная часть
3.1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА ТЕСТОМЕСИЛЬНОЙ
Определяем - коэффициент полезного действия (КПД) привода, который равный произведению частных КПД элементов привода, ориентировочные значения, которых приведены в таблице 1 :
1 = 0.97 – КПД зубчатой закрытой передачи с цилиндрическими колёсами;
2 = 0.95 – КПД цепной закрытой передачи;
3 = 0.99 – КПД подшипников (одна пара);
м = 0,98 – КПД муфты;
= η1*η2*(η3)2* ηм
= 0,97*0,95*0,992*0,98 = 0,88
Указана мощность N3 ( ) на ведомом валу привода, следовательно расчётная мощность на валу двигателя привода определяется по формуле:
Nдв = N3 / ηn
Nдв = 3000/ 0,88 = 3409 Вт = 3,4 кВт
Используя таблицу 24.9 (уч. П.Ф. Дунаев,
О.П. Лепиков) выбран тип электродвигателя:
АИР 112МА6/950
nдв = 1000 об/мин -1
Определяем мощность на валу электродвигателя:
Nдв = N1 = 3,4 кВт
- на ведущем валу:
N2 = N1*η1* η3 = 3,4*0,97*0,99 = 3,26 кВт
- на ведомом валу:
N3 = 3 кВт
Назначаем передаточное отношение для зубчатой и цепной передач по таблице 2:
uзуб = 5
uцеп = 5
Определяем частоту вращений редуктора:
- на валу редуктора:
n1 = nдв = 1000 об/мин -1
- на ведущем валу:
n2 = n1/ uзуб = 1000/5 = 200 об/мин -1
- на ведомом валу:
n3 = n2 /uцеп = 200/5 = 40 об/мин -1
Общее передаточное число:
uобщ = nдв/n3
uобщ = 1000/40 = 25
Проверяем передаточное число для цепной передачи:
uцеп = uобщ/uзуб
uцеп = 25/5 = 5
Угловые скорости и крутящие моменты на валах привода:
– вал двигателя:
ω1 = 104,66 рад/с
M1 = 32,57 Нм
- ведущий вал редуктора:
ω2 = ω1/u1 =104,66/5 = 20,93 рад/с
M2 =155,75 Нм
- ведомый вал редуктора:
ω3 = 11,0 рад/с
севой нагрузки Y=1,92.
Принимаем коэффициенты:
V = 1 – коэффициент вращения внутреннего кольца подшипника;
К δ = 1,2 – коэффициент безопасности;
К τ = 1 – коэффициент температурный t <100ºC.
Определяем эквивалентные нагрузки:
Re2 = (Rr2ּ ·Vּ ·Х + Fаּ Y)ּ· К δ · К τ = (1332·1·0,56 + 348·1,92)1,2· 1= 1697 H
Re1= Rr1·Vּ· К δ ·К τ =1759∙1∙1,2 ·1= 2111 H.
Определяем расчётную долговечность наиболее нагруженного подшипника 1:
L10h=106/ 60·n1·(Cr/ Re1)3 ≥ Lh = 20·103 ч.
L10h1 = 295·103 ч.
Долговечность подшипников соблюдается.
ДЛЯ ВЕДОМОГО ВАЛА
По каталогу выбираем радиальный шарикоподшипник лёгкой серии №209 по ГОСТ 8338-87 (d = 45мм; D = 85мм; b = 19мм; Cтабл = 39000).
Для принятого подшипника 209:
Сr= 33,2 кН
С0= 18,6 кН
Определяем отношение:
Fа/Со = 348/18600=0,019(коэффициент осевого нагружения е = 0,22.
Так как отношение:
Fа/Rr4 = 348/1425= 0,24 > е = 0,22, то принимаем коэффициент радиальной нагрузки Х = 0,56 и коэффициент осевой нагрузки Y = 2,02.
Принимаем коэффициенты:
V=1; К δ =1,2; К τ =1.
Re3 = Rr3ּ ·V ·ּХּ К δ ·К τ = 1517·1·0,56·1,2·1= 1019 H,
Re4 = (Rr4· Vּ Х + Y ∙ Fа)·К δ ·К τ =(1425·1∙0,56 + 2,02·348)∙1,2 ·1= 1801 H
Определяем расчётную долговечность наиболее нагруженного подшипника 3:
L10h=106/ 60·n1·(Cr/ Re3)3 ≥ Lh = 30·103 ч.
L10h1 = 576·103 ч.
Долговечность подшипников соблюдается.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица 1
Средние значения коэффициентов полезного действия элементов привода
Элемент привода |
|
Закрытая зубчатая: |
|
с цилиндрическими колёсами |
0,97…0,98 |
с коническими колёсами |
0,96…0,97 |
Открытая зубчатая: |
|
с цилиндрическими колёсами |
0,92…0,94 |
с коническими колёсами |
0,91…0,93 |
Закрытая червячная при числе заходов червяка: |
|
|
0,70…0,75 |
|
0,80…0,85 |
|
0,90…0,95 |
Цепная: |
|
закрытая |
0,95…0,97 |
открытая |
0,90…0,95 |
Ременная передача: |
|
с плоским ремнём |
0,96…0,98 |
с клиновым и зубчатым |
0,95…0,97 |
Подшипники: |
|
качения (одна пара) |
0,99…0,995 |
скольжения (одна пара) |
0,99…0,995 |
Муфта компенсирующая |
0,985…0,995 |
Таблица 2
Средние значения передаточных отношений механических передач
Передача |
Передаточное отношение |
Зубчатая: |
|
с цилиндрическими колёсами |
3…6 |
с коническими колёсами |
2…5 |
|
Червячная: |
|
с однозаходным червяком |
28…80 |
с двухзаходным червяком |
14…40 |
с четырехзаходным червяком |
7…20 |
Цепная |
3…6 |
Ременная |
2…4 |
Таблица 3
Значения коэффициентов ширины венца зубчатых колёс по межосевому расстоянию выбираются из стандартного ряда:
0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,250; 0,315; 0,400; 0,500; 0,630; 0,800; 1,000; 1,25 и т. д.
Таблица 4
Предел контактной выносливости при базовом числе циклов
Термическая обработка |
Твёрдость поверхностей зубьев |
|
Нормализация или улучшение |
|
|
Объемная закалка |
|
|
Поверхностная закалка |
|
|
Цементация или нитроцементация |
|
|
Азотирование |
|
|
Таблица 5
Стандартизированы номинальные значения межосевых расстояний aw, мм:
1-й ряд 40; 50; 63; 80100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800
2-й ряд - - 71; 98; 112; 140; 180; 225; 280; 355; 450; 560; 710; 900.
Таблица 6
Пределы выносливости материалов зубчатых колёс на изгиб
Вид термообработки и марка стали |
Твёрдость зубьев |
σF lim b, МПа | |
на поверхности |
в сердцевине | ||
Цементация легированных сталей: |
|||
содержание Ni более 1% Cr 1% и менее (например, 20ХН2М, 12ХН2, 12ХН3А) |
57-63 |
32-45 |
950 |
стали марок 18ХГТ, 30ХГТ, 12Х2Н4А и др. |
57-63 |
32-45 |
800 |
Нитроцементация легированных сталей: |
|||
25ХГМ |
57-63 |
32-45 |
1000 |
25ХГТ, 30ХГТ и др. |
57-63 |
32-45 |
750 |
Заделка при нагреве ТВЧ по всему контуру: |
|||
стали пониженной прокаливаемости (например, 55ПП) |
58-62 |
28-35 |
900 |
стали марок 60ХВ, 60ХН и др. |
54-60 |
25-35 |
700 |
стали марок 35ХМА, 40ХН и др. |
48-60 |
25-35 |
600 |
Нормализация или улучшение |
НВ |
180-350 |
1,35НВ+100 |
Азотирование легированных сталей |
- |
24-40 |
18HRCсерд+50 |
Таблица 7
Степени точности зубчатых передач
Степень точности |
Окружная скорость колес, м/с, не более |
Область применения | |
прямозубых |
косозубых | ||
6 - я |
15 |
30 |
Скоростные передачи, делительные механизмы |
7 - я |
10 |
15 |
Передачи при повышенных скоростях и умеренных нагрузках или наоборот |
8 - я |
6 |
10 |
Передачи общего машиностроения, не требующие особой точности |
9 - я |
2 |
4 |
Тихоходные передачи с пониженными требованиями к точности |
Таблица 8
Значения коэффициента динамических нагрузок
Степень точности |
Твердость поверхностей зубьев |
υ, м/с | |||||
1 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 | ||
6-я |
а |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
| |
7-я |
а |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
| |
8-я |
а |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
| |
9-я |
а |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
| |